减氮运筹模式对常规粳稻群体发育及产量的影响

卫云飞　李猛　乔宏梁　季新　刘娟　鲁伟林　刘秋员

摘要：氮肥的合理施用是调控水稻群体发育和产量形成的重要措施。本试验以常规粳稻南粳5718为材料，以常规施氮模式为对照，在减氮条件下设置6种不同的氮肥运筹模式，研究减氮运筹模式对常规粳稻群体发育和产量形成的影响。结果表明，与常规施氮模式相比，减施氮肥和在氮肥减施下降低基蘖肥用量，均显著降低了各生育期的群体茎蘖数、干物质积累量、群体叶面积指数，但在氮肥减施条件下通过增加穗肥用量，群体茎蘖成穗率、收获指数、抽穗—成熟阶段的干物质积累比例、高效叶面积比例均呈显著增加的趋势，且叶面积衰减率和高效叶片SPAD值衰减率均呈显著下降趋势，这使得减氮处理的结实率和千粒质量均呈显著增加的趋势。在6个减氮处理中，随着穗肥用量的增加，产量呈现先增加后降低的趋势，以T3处理最高，且与CK处理无显著差异，而T1、T4、T5、T6处理产量均显著低于CK。综上，氮肥减施条件下通过调整氮肥运筹方式，能够实现减氮不减产，本试验条件下以基蘖肥和穗肥比例为5 ∶5或6 ∶4为宜。

关键词：减氮；氮肥运筹；群体质量；产量

中图分类号：S511.2+20.6文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）05-0116-06

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，全球约有50%的人口以大米作为主食［1］。据报道，在人口增长和耕地面积减少双重压力背景下，水稻产量须每年提高1.2%才能满足粮食增长需求［2］。氮素是影响水稻产量的重要养分因子。长期以来，为了保障水稻产量，在水稻栽培中投入了大量的氮肥，由此带来的一系列生态环境问题，如水体富营养化日趋严重、氧化亚氮（N2O）温室气体排放量增加以及饮用水硝酸盐含量超标（含量＞10 mg/L）等，正逐步成为限制水稻产业持续健康发展的重要障碍［3-4］。因此，如何在减少氮肥用量的基础上，同时实现水稻不减产甚至高产已成为当前水稻生产亟待解决的关键问题之一。

关于水稻氮肥减施的研究，迄今已有不少相关的报道，但大多主要围绕水稻密植减氮展开，并认为通过密植能够弥补因氮肥减施导致有效穗数不足的问题，从而实现稳产甚至是增产［5-7］。国内外越来越多的研究认为，要实现作物高产和氮肥的高效利用，必须实现作物需求和环境养分供应在时间空间和数量上的匹配［8-9］。关于水稻氮肥合理运筹，一些研究认为适当降低基蘖肥用量，并保施穗肥，可有效抑制无效分蘖发生，提高产量［10］；但也有研究认为，减施氮肥的同时，适当增加基蘖肥用量，有利于促进水稻分蘖的早发和分蘖成穗率的提高，增加水稻产量［11-12］。当然也有研究认为适当减施穗肥，可以增加群体透光率，促进光合物质生产［13］。因此，仇景涛等认为当前生产水平下的减氮措施，应避免某个时期的单一减氮操作，贯穿于全局的全生育期减氮施肥策略才能达到较好的效果［14］。杜祥备等在甘薯上的减氮试验结果表明，通过调整基肥和追肥的比例可减缓叶片早衰，延长叶片功能期，有利于产量形成［15］。由此可见，在减氮的同时通过调整氮肥的运筹方式，可能实现水稻减氮不减产甚至增产，但目前关于水稻减氮下的氮肥运筹模式对水稻产量的影响研究还较少。为此，本研究以常规高产栽培施氮水平及氮肥运筹模式为对照，在减施氮肥条件下设置6种氮肥运筹模式，旨在探讨减氮条件下通过调整氮肥运筹模式对产量形成的影响，以期为水稻高产栽培合理减氮提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地点与供试品种

试验于2021年在河南省信阳市平桥区甘岸镇二郎村进行。试验地土壤为沙壤土，前茬为冬闲田，土壤有机质含量为15.3 g/kg，全氮含量为 0.28 g/kg，速效磷含量为20.3 mg/kg，速效钾含量为56.7 mg/kg。供试品种为常规粳稻品种南粳5718。

1.2 试验设计

试验以常规施氮量（270 kg/hm2）为对照，氮肥减施处理氮肥用量为225 kg/hm2，2种施氮量下的氮肥运筹模式见表1，其中基肥于移栽前1 d施入，分蘖肥于移栽后7 d左右施入，穗肥于倒四叶期施入。各处理统一施用过磷酸钙（含P2O5 13.5%）900 kg/hm2和氯化钾（含K2O 52%）450 kg/hm2，磷肥一次性基施，钾肥分别于耕翻前、拔節期等量施入。于5月15日播种，6月5日移栽。栽插规格为每穴4苗，株行距为15 cm×25 cm。试验采用随机区组设计，每个处理小区面积为12 m2，重复3次。小区间做埂隔离，并用塑料薄膜包埂防止养分侧渗。水分管理及病虫草害防治等相关栽培措施均按照当地高产栽培技术要求进行。

1.3 测定内容与方法

1.3.1 茎蘖动态调查

每个小区定点10穴，分别于拔节期、抽穗期和成熟期调查群体茎蘖数（成熟期为有效穗数），计算单位面积茎蘖数（单位面积茎蘖数=每穴平均茎蘖数×单位面积穴数）和成穗率（成穗率=成熟期群体有效穗数/拔节期群体茎蘖数×100%）。

1.3.2 干物质积累

于拔节期、抽穗期和成熟期，各处理按照平均茎蘖数选取代表性植株3穴，按照茎鞘、叶、穗进行分样，将以上所有样品在105 ℃下杀青30 min，之后于80 ℃烘至恒质量后，测定干物质量，计算各生育时期单位面积干物质积累量（茎鞘、叶、穗干物质积累量之和）和各生育阶段单位面积干物质积累量（2个生育时期的干物质积累量之差）和积累比例（2个生育时期的干物质积累量之差占成熟期总干物质积累量的比值）。

1.3.3 叶面积及高效叶片SPAD值

于拔节期、抽穗期、成熟期测定干物质积累时，采用长宽系数法测定各处理叶面积，其中抽穗期测定时分为总叶面积和高效叶面积（顶三叶叶面积）。于齐穗期和成熟期每个小区随机选取10个单茎，采用SPAD-502叶绿素仪（日本柯尼卡美能达）测量倒1叶、倒2叶、倒3叶的SPAD值。每张叶片分别对其基部、中部、尖部进行测量，并取平均值。SPAD值衰减率=（齐穗期SPAD值－成熟期SPAD值）/齐穗期SPAD值×100%。

1.3.4 产量及其构成因素

成熟期各小区连续调査60穴的茎糵数，计算有效穗数。每个小区按照每穴平均有效穗数选取长势相近植株5穴，调查每穗粒数、结实率和千粒质量。在每个小区中间割6 m2（2 m×3 m）进行实际产量测定。

1.4 数据计算与统计分析

试验数据采用Excel 2016绘制图表，采用SPSS 22.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 对茎蘖数和成穗率的影响

从表2可以看出，随着基蘖肥用量的降低，茎蘖数呈显著下降趋势，且各减氮处理在拔节期、抽穗期以及成熟期的茎蘖数均显著低于CK处理。6个减氮处理中，各时期的茎蘖数均是以T1处理最高，且拔节期显著高于其他5个处理，在抽穗期和成熟期T1处理与T2、T3处理之间差异不显著，但均显著高于T4、T5、T6处理。茎蘖成穗率表现为与茎蘖数相反的规律，呈现出随穗肥用量增加而增加的趋势，其中以T6处理最高，T1处理最低。

2.2 对干物质积累与分配的影响

2.2.1 对关键生育期干物质积累量与收获指数的影响

从表3可以看出，拔节期、抽穗期、成熟期的群体干物质积累量均是随着基蘖肥用量的降低呈下降趋势，以CK处理最高，其中在拔节期和成熟期均显著高于6个减氮处理。收获指数则表现为随穗肥用量的增加呈升高的趋势，以T6处理最高，CK和T1处理最低。

2.2.2 对阶段干物质积累量及其积累比例的影响

由表4可知，随着基蘖肥用量的降低，不同生育阶段的群体干物质积累量总体表现出降低的趋势。从不同生育阶段群体干物质积累比例来看，播种—拔节阶段的群体干物质积累比例随着基蘖肥用量的减少呈降低趋势，而在拔节期—抽穗期和抽穗期—成熟期均表现出升高的趋势，说明增施穗肥，有利于促进中后期干物质的积累。

2.2.3 对茎叶干物质转运的影响

由表5可知，茎、叶干物质表观转移量及表观转移率在CK和T1这2个处理之间并无显著差异，但随着减氮处理穗肥用量的增加，茎、叶干物质表观转移量及表观转移率均呈现出降低的趋势，其中T4、T5、T6处理的茎、叶干物质表观转移量及表观转移率均要显著低于CK处理。

2.3 对叶面积指数及高效叶片形态的影响

2.3.1 对叶面积指数的影响

从表6可以看出，随着基蘖肥用量的降低，拔节期叶面积指数呈显著下降趋势，表现为CK＞T1＞T2＞T3＞T4＞T5＞T6处理，抽穗期总叶面积指数大小顺序基本与拔节期一致，表现为CK＞T1＞T3＞T2＞T4＞T5＞T6处理，高效叶面积指数表现为CK＞T3＞T1＞T4＞T2＞T5＞T6处理，高效叶面积比例大小则是T5＞T6＞T4＞T3＞T2＞CK＞T1处理。成熟期叶面积指数大小顺序为CK＞T3＞T2＞T4＞T5＞T6＞T1处理，而叶面积衰减率大小顺序为CK＞T1＞T3＞T2＞T4＞T5＞T6处理。说明增施穗肥，不仅有利于增加高效叶面积的比例，而且还有利于延缓叶片衰老。

2.3.2 对高效叶片SPAD值及其衰减率的影响

从表7可以看出，齐穗期，6个减氮处理中除了T1处理外，其余5个处理倒1叶的SPAD值均显著高于CK，且有随着穗肥用量增加整体呈升高的趋势，而倒2叶、倒3叶齐穗期的SPAD值在各处理之间差异不显著。成熟期，随着穗肥用量的增加，高效叶片的SPAD值均呈现出增加的趋势，而SPAD值衰减率表现出逐渐降低的规律。

2.4 对产量及其构成因素的影响

由表8可知，CK产量最高，6个减氮处理的产量表现出先升高后降低的规律，以T3处理最高，其次为T2处理，且与CK无显著差异。产量构成因素方面，随着基蘖肥用量的降低，有效穗数和每穗粒数均呈逐渐降低趋势，而结实率和千粒质量则大体表现出升高的趋势。

3 讨论与结论

水稻产量由单位面积有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒质量共同决定，其中在生育前期形成旺盛稳健的分蘖势，促进有效分蘖的发生，是形成高产群体的基础。此前研究表明，水稻基蘖肥用量过高，容易导致无效分蘖增加，降低成穗率；基蘖肥过少，尽管可以减少无效分蘖，提高成穗率，但有效穗数也显著减少［14，16］。氮肥减施导致水稻减产的重要原因可能是由于基蘖肥用量降低导致有效穗数降低［17-18］。本试验研究结果也表明，各减氮处理在各生育期的茎蘖数均要显著低于CK处理，而且在减氮处理中随着基蘖肥用量的降低，茎蘖数呈显著下降趋势。说明有效穗数降低可能是导致本试验减氮处理产量呈下降趋势的一个重要因素，这也可能是生产上常常采用较高密度，以密补肥的栽培措施原因［7］。李超等认为在减氮条件下通过增施穗肥，可显著提高成穗率和结实率［6］。本试验发现，6个减氮处理随着穗肥用量的增加，成穗率、结实率和千粒质量均显著增加，这可能是减氮处理T2、T3與CK产量差异不显著的重要因素。减氮处理T4、T5、T6的产量显著低于其他处理，说明前期基蘖肥用量如果减少过多，即使后期较高的穗肥用量也很难弥补产量亏缺。

物质生产是水稻产量形成的基础。前人总结研究认为，生物量大是水稻高产的重要特征之一，且高产水稻的干物质积累特征为前小、中高、后强［19-21］。也有学者认为在一定生物量的基础上，保持较高的收获指数是实现高产的重要途径［22］。本试验研究结果表明，尽管减氮处理各生育期的干物质积累量均要低于CK处理，但他们收获指数呈现出增加的趋势，这可能是减氮条件下T2和T3处理产量与CK处理差异不显著的重要原因之一。水稻籽粒灌浆所需的物质80%以上来自抽穗后的光合生产［23］。因此，提高水稻抽穗后干物质生产与积累，是水稻实现增产的重要途径［24-25］，而适当施用穗肥，增加后期氮素供应量，可以提高叶片叶绿素含量，延缓叶片衰老，促进光合作用，从而形成更多的光合产物［26-28］。本研究结果表明，与CK相比，减氮条件下通过增加穗肥用量，均显著提高了高效叶面积的比例，并降低了叶面积衰减率和高效叶片SPAD值的衰减率，这使得减氮条件下的T1、T2、T3、T4处理在抽穗—成熟阶段的干物质积累量与CK并无显著差异。而T5、T6处理显著低于CK，可能与其前期生长量过小，总体叶面积指数不大有关［29］。促进抽穗前营养器官贮藏的物质向穗部转运，也是增加水稻产量的重要途径。本研究结果表明，CK的叶干物质表观转移量和表观转移率稍低于T1、T2、T3处理，但均显著高于T4、T5、T6处理，说明适当的增加穗肥用量有利于促进茎叶干物质的转运。尽管水稻整个生育期可以分为营养生长期和生殖生长期，但良好的营养生长阶段是生殖生长健康发展的基础。综合本试验研究结果来看，基蘖肥大量减少的处理（如T5、T6），导致分蘖数量减少，前期生长量严重不足，即使后期配以较高的穗肥施用量，也未能有效补足群体的生长发育，从而导致产量的降低。因此，在氮肥减施的同时，还应注意调整氮肥基蘖肥与穗肥之间的合理比例，才能实现减氮不减产的目标。

综上分析，减氮条件下通过增加穗肥用量，能够提高高效叶面积比例，延缓叶片衰老，增加抽穗—成熟阶段的物质生产，促进茎叶干物质转运，从而提高结实率和千粒质量，对因基蘖肥用量降低引起有效穗数和穗粒数降低导致的产量降低具有一定的补偿效应。本试验条件下，这种产量补偿效应以基蘖肥和穗肥比例为5 ∶5或6 ∶4时最大，其产量与CK处理均无显著差异，能够实现减氮不减产。因此，建议减氮的同时通过适当调整氮肥运筹模式，以实现减氮不减产甚至增产，但是否还存在减氮空间以及该氮肥运筹模式是否适合须进一步研究。

参考文献：

［1］Godfray H C J，Beddington J R，Crute I R，et al. Food security：the challenge of feeding 9 billion people［J］. Science，2010，327（5967）：812-818.

［2］Ray D K，Mueller N D，West P C，et al. Yield trends are insufficient to double global crop production by 2050［J］. PLoS One，2013，8（6）：e66428.

［3］Liu X J，Zhang Y，Han W X，et al. Enhanced nitrogen deposition over China［J］. Nature，2013，494（7438）：459-462.

［4］张卫峰，马 林，黄高强，等. 中国氮肥发展、贡献和挑战［J］. 中国农业科学，2013，46（15）：3161-3171.

［5］张 翔，施天怡，戴其根，等. 减氮密植模式下常规粳稻产量形成特征［J］. 中国稻米，2021，27（6）：53-57.

［6］李 超，肖小平，唐海明，等. 减氮增密对机插双季稻生物学特性及周年产量的影响［J］. 核农学报，2019，33（12）：2451-2459.

［7］罗 亢，曾勇军，石庆华，等. 基于增苗减氮技术构建晚籼稻高产氮高效群体［J］. 江西农业大学学报，2021，43（5）：961-970.

［8］Chen X P，Cui Z L，Vitousek P M，et al. Integrated soil-crop system management for food security［J］. PNAS，2011，108（16）：6399-6404.

［9］Zhao R F，Chen X P，Zhang F S，et al. Fertilization and nitrogen balance in a wheat-maize rotation system in North China［J］. Agronomy Journal，2006，98（4）：938-945.

［10］江立庚，曹卫星，甘秀芹，等. 不同施氮水平对南方早稻氮素吸收利用及其产量和品质的影响［J］. 中国农业科学，2004，37（4）：490-496.

［11］胡雅杰，朱大伟，邢志鹏，等. 改进施氮运筹对水稻产量和氮素吸收利用的影响［J］. 植物营养与肥料学报，2015，21（1）：12-22.

［12］熊瑞恒，杭玉浩，王强盛，等. 麦秸还田配施基蘖氮肥提高机插超级粳稻分蘖成穗及产量［J］. 农业工程学报，2015，31（18）：136-146.

［13］崔月峰，孙国才，卢铁钢. 施氮量及氮肥运筹对超级粳稻生长发育和氮素利用特性的影响［J］. 江苏农业科学，2016，44（4）：125-128.

［14］仇景涛，吴 壮，蒋天昊，等. 不同生育时期氮肥减施对水稻群体生产特征的影响及减肥策略初步分析［J］. 扬州大学学报（农业与生命科学版），2020，41（3）：52-58，65.

［15］杜祥备，王家宝，刘小平，等. 减氮运筹对甘薯光合作用和叶绿素荧光特性的影响［J］. 应用生态学报，2019，30（4）：1253-1260.

［16］孙永健，孙园园，刘树金，等. 水分管理和氮肥运筹对水稻养分吸收、转运及分配的影响［J］. 作物学报，2011，37（12）：2221-2232.

［17］李 敏，羅德强，江学海，等. 控水增密模式对杂交籼稻减氮后产量形成的调控效应［J］. 作物学报，2020，46（9）：1430-1447.

［18］Zhu D W，Zhang H C，Guo B W，et al. Effects of nitrogen level on yield and quality of japonica soft super rice［J］. Journal of Integrative Agriculture，2017，16（5）：1018-1027.

［19］许 轲，张 军，花 劲，等. 双季杂交晚粳稻超高产形成特征［J］. 作物学报，2014，40（4）：678-690.

［20］张洪程，吴桂成，李德剑，等. 杂交粳稻13.5 t/hm2超高产群体动态特征及形成机制的探讨［J］. 作物学报，2010，36（9）：1547-1558.

［21］李美玲，王文第，韩 凯，等. 旋耕深度、施氮量和栽植密度对水稻产量与氮素分配利用的影响［J］. 江苏农业科学，2021，49（4）：55-61.

［22］李 敏，张洪程，杨 雄，等. 水稻高产氮高效型品种的物质积累与转运特性［J］. 作物学报，2013，39（1）：101-109.

［23］Yang J C，Zhang J H. Grain-filling problem in ‘super rice［J］. Journal of Experimental Botany，2009，61（1）：1-5.

［24］马 均，朱庆森，马文波，等. 重穗型水稻光合作用、物质积累与运转的研究［J］. 中国农业科学，2003，36（4）：375-381.

［25］刘秋员. 江淮东部中粳优质高产氮高效类型及其若干形态生理特征［D］. 扬州：扬州大学，2021.[HJ2mm]

［26］朱从桦，代 邹，严奉君，等. 晒田强度和穗肥运筹对三角形强化栽培水稻光合生产力和氮素利用的影响［J］. 作物学报，2013，39（4）：735-743.

［27］秦 俭，杨志远，孙永健，等. 氮素穗肥运筹对两个杂交中籼稻叶片形态、光合生产及产量的影响［J］. 中国水稻科学，2017，31（4）：391-399.

［28］周乾顺，吴启侠，朱建强，等. 氮肥不同基追比对直播稻氮素吸收、转运及利用的影响［J］. 江苏农业学报，2022，38（4）：915-923.

［29］Wei H Y，Zhang H C，Blumwald E，et al. Different characteristics of high yield formation between inbred japonica super rice and inter-sub-specific hybrid super rice［J］. Field Crops Research，2016，198：179-187.

收稿日期：2022-05-09

基金项目：河南省科技攻关计划（编号：222102110129）；信阳市创新应用专项（编号：20210006）；信阳农林学院科技创新团队（编号：KJCXTD-202006）。

作者简介：卫云飞（1977—），男，山西沁县人，硕士，讲师，研究方向为作物生理生态。E-mail：feige9802@126.com。

通信作者：刘秋员，博士，副教授，研究方向为水稻优质高产高效栽培技术研究与应用。E-mail：joss85@163.com。